分子性ゼオライトに安定化された水ナノチューブクラスターの相転移ダイナミクス

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集団的な運動を伴う水分子の挙動は生体内の構造水、物質表面に結合した表面水あるいは細孔内のゼオライト水をはじめ、地球内部や地球外惑星などの極限状態にある水も含めて、現在でも分野間の枠をこえて盛んに研究されている。本研究では新たに組み上げられた分子性の超分子ナノ細孔内で、水の集団的な挙動を示す特異な水分子クラスター作り上げ、その水のクラスターの特性を構造科学的に明らかにしようとするものである。合成化学的に作り上げられた巨大な水のナノクラスターを分子論的なアプローチから変化させ、その相転移などの水の物性との構造相関を明らかにしようとするものである。一方、クラスレートハイドレートはメタンなどの疎水性の気体や溶媒分子を内部に取り込んだ天然に存在する氷の多形である。私たちの新しい試みは、親水性の分子性オープンチャネル型のナノ多孔質結晶の中に、巨大な水分子クラスターを安定化させ、その水分子クラスターをクラスレートハイドレート構造の殻としてメタンや水素などの気体を閉じ込め、人工的なガスハイドレート結晶を作ることが最終的な目標である。ユビキタスな分子である水を媒介にして、クラスレートハイドレートの凍結温度でメタンや水素などを可逆に吸蔵できれば、より穏和な条件で貯蔵材料ができる違いない。現在までに気体吸蔵には成功していないが、人工的なクラスレートハイドレート構造をもつ結晶の合成に成功した。もし、可逆に水素吸蔵可能な材料が合成できれば、燃料電池自動車の水素貯蔵問題に一石投じることができるかもしれない。